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2021 年度 実施状況報告書

GABA/グリシンの興奮性応答を介した神経再生カスケードの解析と治療法への応用

研究課題

研究課題/領域番号 21K06394
研究機関琉球大学

研究代表者

高山 千利  琉球大学, 医学(系)研究科(研究院), 教授 (60197217)

研究分担者 清水 千草  琉球大学, 医学(系)研究科(研究院), 准教授 (70435072)
研究期間 (年度) 2021-04-01 – 2024-03-31
キーワードGABA / グリシン / 神経損傷 / 神経再生 / KCC2 / ミクログリア / 脛骨神経 / 電子顕微鏡
研究実績の概要

GABAとグリシンは、成熟動物の主要な抑制性神経伝達物質である。両者は幼若期に興奮性応答を示す事から、形態形成に関与すると考えられてきた(Kobayashi et al. 2021, Shimizu et al. 2022)が、ノックアウトマウスの解析から、現在は否定的である。我々は、神経損傷後の運動神経軸索の再生期にもGABA/グリシンが興奮性応答を示すことを見出し(Tatetsu et al. 2012, Kim et al. 2018)、応答性の変化が損傷軸索の再生を加速するという仮説をたてて研究を行っている。
①新しいタイプの神経損傷モデルとして、脛骨神経結紮動物を用い、損傷後の変化を解析した。その結果、(1)ミクログリアの活性化⇒KCC2発現の減少⇒軸索再生のシグナル経路が認められ、神経損傷後に共通する現象であることが示された。(2)ガラニン、コリンアセチルトランスフェラーゼ(ChAT)2つの分子の動きが神経軸索の変性と再生を示す客観的指標となることが明らかになった。この研究は、Neuroscience Research誌に掲載された(Yafuso et al. 2022)。
②GABA/グリシンを抑制性に導く輸送体(KCC2)を半減させてたKCC2ノックアウトマウスのヘテロ接合体と野生型を比較して、運動神経切断・縫合後の運動機能の変化などを解析した。その結果、KCC2が半減し、GABA/グリシンの応答性が興奮性にシフトしたマウスにおいて、(1)運動機能の障害程度が低く回復が早い。(2)神経軸索の再生が早く進行する。2つの傾向が認められた。現在、現在動物数を増やし検討を重ねている。
③野生型マウスとKCC2ノックアウトヘテロ接合体について神経損傷後脊髄におけるmRNA解析を行って、大きく変化する分子について解析を進めている。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

①種類の異なる神経損傷マウスの解析において切断モデルと同様の結果をえられた。我々の仮説が1つ裏付けられ、投稿した論文が受理され、雑誌に掲載された。
②KCC2ヘテロマウスの研究においては、順調に進んでおり、行動解析、組織学的解析、マーカー発現解析を予定通り進めている。
③mRNAの発現変化の解析は予定通り終了している。今後2年間かけて、下流にある分子の特定を行う予定で進めている。
④治療に向けた取り組みは、今後①~③の結果を見て実施する予定である。

今後の研究の推進方策

①KCC2ノックアウトヘテロ接合体の解析を継続し、以下の点を明らかにする。(1)十分な動物数で実験を行い、KCC2発現量の減少、GABA/グリシンの応答性の変化が運動機能の回復、神経線維の再生を有意に促進しているかを確定させる。(2)神経軸索の変性・再生過程がどのように異なるかを詳細に解析し、機能回復の直接の要因を確定する。その際、マーカーを用いて客観的評価を行う。
②①で示したモデルに対して、硫化水素を吸入させ、神経再生が遅延するか(GABA/グリシンの興奮性へのシフトが抑制されるため)、解析する。
③KCC2減少の下流にある分子を特定し、実際にモデルマウスにおいて変化しているかを確定し、そのメカニズムを明らかにする。

次年度使用額が生じた理由

KCC2ノックアウトマウスの繁殖に一時的にトラブルが生じたため、動物費用が予定より少なくなった。次年度は、繁殖を加速させ、動物実験を進める予定である。予定していた学会がWeb開催となり、出張費用などが計上されなかった。次年度には対面での発表を多くする予定である。

  • 研究成果

    (10件)

すべて 2022 2021

すべて 雑誌論文 (5件) (うち国際共著 2件、 査読あり 5件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (5件)

  • [雑誌論文] Developmental Formation of the GABAergic and Glycinergic Networks in the Mouse Spinal Cord2022

    • 著者名/発表者名
      Shimizu-Okabe Chigusa、Kobayashi Shiori、Kim Jeongtae、Kosaka Yoshinori、Sunagawa Masanobu、Okabe Akihito、Takayama Chitoshi
    • 雑誌名

      International Journal of Molecular Sciences

      巻: 23 ページ: 834~834

    • DOI

      10.3390/ijms23020834

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Specific Expression of KCC2 in the α Cells of Normal and Type 1 Diabetes Model Mouse Pancreatic Islets2022

    • 著者名/発表者名
      Shimizu-Okabe Chigusa、Okada Shigeki、Okamoto Shiki、Masuzaki Hiroaki、Takayama Chitoshi
    • 雑誌名

      ACTA HISTOCHEMICA ET CYTOCHEMICA

      巻: 55 ページ: 47~56

    • DOI

      10.1267/ahc.21-00078

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Slow progression of sciatic nerve degeneration and regeneration after loose ligation through microglial activation and decreased KCC2 levels in the mouse spinal cord ventral horn2022

    • 著者名/発表者名
      Yafuso Tsukasa、Kosaka Yoshinori、Shimizu-Okabe Chigusa、Okura Nobuhiko、Kobayashi Shiori、Kim Jeongtae、Matsuda Koyata、Kinjo Daichi、Okabe Akihito、Takayama Chitoshi
    • 雑誌名

      Neuroscience Research

      巻: 177 ページ: 52~63

    • DOI

      10.1016/j.neures.2021.10.009

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Development of the GABAergic network in the mouse spinal cord2021

    • 著者名/発表者名
      Kobayashi Shiori、Shimizu-Okabe Chigusa、Kim Jeongtae、Kosaka Yoshinori、Sunagawa Masanobu、Okabe Akihito、Takayama Chitoshi
    • 雑誌名

      Factors Affecting Neurodevelopment - Genetics, Neurology, Behavior, and Diet

      巻: - ページ: 273~286

    • DOI

      10.1016/B978-0-12-817986-4.00024-9

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Disassembly of the apical junctional complex during the transmigration of Leptospira interrogans across polarized renal proximal tubule epithelial cells2021

    • 著者名/発表者名
      Isabel Sebastin, Nobuhiko Okura, Bruno M Humbel, Jun Xu, Idam Hermawan, Chiaki Matsuura, Malgorzata Hall, Chitoshi Takayama, Tetsu Yamashiro, Shuichi Nakamura, Claudia Toma
    • 雑誌名

      Cellular Microbiology

      巻: 23(9) ページ: 1-17

    • DOI

      10.1111/cmi.13343

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] GABA 伝達関連分子の膵臓ランゲルハンス島における局在と糖尿病モデルマウスにおける発現変化2021

    • 著者名/発表者名
      清水千草、岡田滋喜、岡本士毅、益崎裕章、片岡あかり、高山千利
    • 学会等名
      第41回日本肥満学会
  • [学会発表] Multifunctional GABA and neuro-psychiatric diseases 多機能のGABAと精神神経疾患の関係2021

    • 著者名/発表者名
      髙山千利
    • 学会等名
      第126回日本解剖学会総会・全国学術大会、第98回日本生理学会 合同大会
  • [学会発表] Development of the glycine uptake system in astrocytes of the spinal cord 脊髄のアストロサイトにおけるグリシン取り込みシステムの発達2021

    • 著者名/発表者名
      清水千草、小橋川晃広、小俣大輔、友寄竜司、岡野貴江、高山千利
    • 学会等名
      第126回日本解剖学会総会・全国学術大会、第98回日本生理学会 合同大会
  • [学会発表] Contribution of reduced KCC2 to nerve regeneration.2021

    • 著者名/発表者名
      Shiori Kobayashi, Jeongtae Kim, Chitoshi Takayama.
    • 学会等名
      第44回日本神経科学大会
  • [学会発表] 膵島におけるGABA合成酵素及びKCC2の局在と糖尿病モデルマウスでの発現変化2021

    • 著者名/発表者名
      清水千草、岡田滋喜、岡本士毅、益崎裕章、高山千利
    • 学会等名
      第59回日本糖尿病学会九州地方会

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公開日: 2022-12-28  

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